6.3 Slab Punching Shear Check The distribution of stresses close to concentrated loads or reaction points in reinforced and prestressed concrete slabs is quite complex. Punching shear is one particular failure mode recognized by design codes for which an elastic plate bending analysis may not provide adequate stress distribution. Most codes use empirical methods based on experimental verification to check against punching shear failures. SAFE automates this check for common geometries. If the check results in a punching shear ratio greater than unity (i.e., punching failure), SAFE will design punching shear reinforcement. The SAFE procedure for the punching shear check carried out for each column, for each design combination is as follows:
6.3 Comprobación de Punzonado en Losas. La distribución de tensiones cerca de cargas concentradas o puntos de reacción en losas de hormigón armado y pretensado es bastante complejo. El Punzonamiento es un modo de fallo particularmente señalado por los códigos de diseño para el cual un análisis de una placa de flexión elástica puede no proporcionar la distribución de tensión adecuada. La mayoría de los códigos usan métodos empíricos basados en la comprobación experimental para comprobar los fallos contra la perforación de cizalla o punzonado. SAFE automatiza este chequeo para geometrías comunes. Si la verificación de los resultados tienen un ratio de punzonamiento mayor que la unidad (es decir, falla por perforación), SAFE diseñara la armadura transversal por punzonado. El procedimiento que sigue SAFE para el chequeo del punzonamiento que se efectúa para cada columna, para cada combinación de diseño es el siguiente:
•
Locate the critical section around the column or point load. SAFE reports whether it assumed the column to be an interior, edge, or corner column. This determination is based on whether the slab is present within 10 times the slab thickness along the column edges. A column is classified as a corner column when two slab edges are found within 10 times the slab thickness. A column with only one slab edge within 10 times the slab thickness is classified as an edge column, and a column is classified as interior when no slab edges are found within 10 times the slab thickness. For single footings, this determination is based on the minimum area of the critical section.
•
Localiza la sección crítica alrededor de la columna o de puntos de carga. SAFE informa de si se asume la columna como interior, de borde, o una columna de esquina. Esta determinación se basa en si la losa está presente en 10 veces el espesor de la losa a lo largo de los bordes de la columna. Una columna se clasifica como una columna de esquina cuando dos bordes de la losa se encuentran en 10 veces el espesor de la losa. Una columna con un solo borde de losa si se encuentra en 10 veces el espesor de la losa se clasifica como una columna de borde, y una columna se clasifica como interior cuando no hay cantos de los forjados se encuentran dentro de 10 veces el espesor de la losa. Para zapatas individuales, esta determinación se basa en la superficie mínima de la sección crítica.
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Check that each slab element in the area enclosed between the face of the column and the critical section for punching shear has the same slab property label. If this is not the case, the minimum slab thickness within the punching shear perimeter is used.
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Chequea que cada elemento de una placa en la zona delimitada entre la cara de la columna y la sección crítica de punzonamiento tiene la misma etiqueta de propiedad de la losa. Si este no es el caso, se utiliza la losa de mínimo espesor en el perímetro de punzonamiento.
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Use the net shear to check punching shear if a point load or column (call it load/column A) is within the critical section for punching shear for another point load or column (call it load/column B).
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Utiliza la red de fuerza cortante para comprobar si el punzonamiento en un punto de carga o de la columna (denominado carga / columna A) se encuentra dentro de la sección crítica de punzonamiento para otro punto de carga o de la columna (llamada cargua / columna B).
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Calculate punching shear based on net forces in the slab when line objects (beams, walls, or releases) frame into a column.
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Calcula el punzonamiento basado en las fuerzas netas de la losa cuando los objetos de línea (vigas, paredes, o enlanzamientos) caen en una columna.
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Calculate the reactive force and moments at the column for the combination. The shear and moment values used in the punching shear check are reduced by the load (or reaction) that is included within the boundaries of the punching shear critical section.
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Calcula la fuerza de reacción y momentos en la columna para la combinación. El corte y los valores utilizados en el momento de verificación para punzonamiento se reducen por la carga (o reacción) que se incluye dentro de los límites de la sección crítica de punzonamiento.
•
Calculate the distribution of shear stress around the critical section.
•
Calcula la distribución de esfuerzo cortante alrededor de la sección crítica.
•
Obtain the shear capacity of the critical section.
•
Obtiene la capacidad a cortante de la sección crítica.
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1
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Compare the shear stress distribution with the shear capacity. The comparison is reported as a ratio for the worst combination. A value above 1.0 indicates failure.
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Compara la distribución del esfuerzo cortante con la capacidad de corte. La comparación se reporta como una relación de la peor combinación. Un valor superior a 1,0 indica falla.
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SAFE designs rebar ties or stud rails when such options are activated in the punching shear design overwrites. The details of rebar ties or stud rails are documented in the Reinforced Concrete Design Manual and the PostTensioned Concrete Design Manual.
•
SAFE diseña solapes de barras o rieles montantes cuando dichas opciones se encuentran activas en el punching shear design overwrites . Los detalles de los solapes de barras o rieles montantes están documentados en el Manual de Diseño de Hormigón Armado y el Manual de Diseño de Hormigón Post-Tensados.
•
Design overwrites are available to modify the location type, punching shear perimeter, openings in the slab, and reinforcement pattern, when the punching shear parameters computed need to be changed.
•
Design overwrites se encuentran disponibles para modificar el tipo de ubicación, la abertura del perímetro de corte, las aberturas en la losa, y el patrón de refuerzo, cuando los parámetros de punzonamiento calculados necesitan ser cambiados.
•
For computing the punching parameters, the following assumptions are used:
•
Para calcular los parámetros de punzonado, las hipótesis que se utilizan son las siguientes:
•
Punching shear is calculated for columns punching through a slab or a drop panel. SAFE also checks the drop panel punching through a slab. The effect of column capitals is included in the punching shear calculation.
El Punzonamiento se calcula para las columnas que punzonan a través (por encima) de una losa o un panel de losa. SAFE también comprueba el punzonado del panel debajo de una losa. El efecto de los capiteles de columnas está incluido en el cálculo de punzonamiento.
SAFE uses the effective depth for computing the punching shear. The concrete cover to rebar is taken from the design preferences unless a design strip is present. In that case, the rebar cover is taken from the design strip.
SAFE utiliza la altura útil para el cálculo del punzonamiento. El recubrimiento de barras de refuerzo se ha tomado de las preferencias de diseño a menos que una franja de diseño (design strip) este presente. En ese caso, el recubrimiento de la armadura se ha tomado de la franja de diseño.
Openings within 10 times the slab thickness are automatically included in the punching shear calculations. The slab edge within the punching zone radius is subtracted from the punching shear perimeter.
The vertical component of prestressing force is currently ignored in computing the punching shear capacity .
•
Las aberturas con 10 veces el espesor de la losa se incluyen automáticamente en los cálculos de punzonamiento. El borde de la losa dentro del radio de la zona de perforación se resta del perímetro de punzonamiento.
La componente vertical de la fuerza de pretensado es ignorada para el momento del cálculo de la capacidad de punzonamiento
Fuente: Section 6.3 Key Features and Terminology. SAFE- v12.1.0 – Enero 2009
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2
Design for ACI 318-08
Diseño por ACI 318-08 (COVENIN 1753-06)
2.6 Slab Design
2.6 Diseño de Losas
2.6.2 Check for Punching Shear
2.6.2 Chequeo por punzonado.
The algorithm for checking punching shear is detailed in the section entitled “Slab Punching Shear Check” in the Key Features and Terminology manual. Only the codespecific items are described in the following sections.
El algoritmo de control de punzonamiento se detalla en la sección titulada " Slab Punching Shear Check " en el manual Key Features and Terminology . Sólo los puntos específicos de código se describen en las secciones siguientes.
2.6.2.1 Critical Section for Punching Shear
2.6.2.1 Sección Critica para Punzonado
The punching shear is checked on a critical section at a distance of d/2 from the face of the support (ACI 11.11.1.2). For rectangular columns and concentrated loads, the critical area is taken as a rectangular area with the sides parallel to the sides of the columns or the point loads (ACI 11.11.1.3). Figure 2-4 shows the auto punching perimeters considered by SAFE for the various column shapes. The column location (i.e., interior, edge, corner) and the punching perimeter may be overwritten using the Punching Check Overwrites.
El punzonamiento se verifica en una sección crítica a una distancia de d/2 desde la cara del soporte (ACI 11.11.1.2). Para las columnas rectangulares y las cargas concentradas, la zona crítica se toma como un área rectangular con los lados paralelos a los lados de las columnas o las cargas de punto (ACI 11.11.1.3). La Figura 2-4 muestra los perímetros de perforación automática considerada por SAFE para las formas diversas de columna. La ubicación de columna (es decir, el interior, borde, esquina) y el perímetro de perforación se puede sobrescribir con Punching Check Overwrites .
2.6.2.2 Transfer of Unbalanced Moment The fraction of unbalanced moment transferred by flexure is taken to be γ γ f ·M u and the fraction of unbalanced moment transferred by eccentricity of shear is taken to be
γ γv ·M u.
2.6.2.2 Transferencia de Momentos no Balanceados. La fracción del momento transferido por flexión no balanceada se toma como γ γf ·M u y la fracción del momento desequilibrado transferido por excentricidad de cortante se toma como γ γ v ·M u.
1
γ f
=
γv
= 1 − γ f
(Covenin 1753 sección 11.9.6 ecuación 11-37b)
1 + 0,67 b1 b 2 (Covenin 1753 sección 11.9.6 ecuación 11-37a)
For flat plates, γv is determined from the following equations taken from ACI 421.2R-07 [ACI 2007] Seismic Design of Punching-Shear Reinforcement in Flat Plates .
Para las placas planas, γγ v se determina a partir de las siguientes ecuaciones tomadas de ACI ACI 421.2R-07 [2007] Diseño Sísmico de punzonamiento-Refuerzo en Placas Planas .
For interior columns,
Para columnas Interiores,
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Para columnas laterales,
For edge columns,
Para columnas de esquina,
For corner columns,
where b1 is the width of the critical section measured in the direction of the span and b2 is the width of the critical section measured in the direction perpendicular to the span. The values l x and l y are the projections of the shear critical section onto its principal axes, x and y, respectively.
donde b1 es el ancho de la sección crítica medida en el sentido del claro y b2 es la anchura de la sección crítica se mide en la dirección perpendicular al rango de medición. Los valores l x y l y son las proyecciones de la sección crítica de corte en sus ejes principales, x e y, respectivamente.
2.6.2.3 Determine Concrete Capacity
2.6.2.3 Determinación de la capacidad del Concreto
The concrete punching shear stress capacity is taken as the minimum of the following three limits:
La capacidad de esfuerzo por punzonado del concreto se toma como el mínimo de las tres siguientes límites: 1,06 φ 0,53 + f 'c b0d β c α d ν c = min φ 0,53 + s f 'c b0d b 0 1,06 f 'c b0d
where, β c is the ratio of the maximum to the minimum dimensions of the critical section, bo is the perimeter of the critical section, and αs is a scale factor based on the location of the critical section.
(Covenin 1753 sección 11.9.2)
donde, β c es la relación entre el máximo a las dimensiones mínimas de la sección crítica, bo es el perímetro de la sección crítica, y αs es un factor de escala basada en la ubicación de la sección crítica. 10,6 para columnas interiores (Covenin 1753 sección 11.9.2) α s = 8,0 para columnas laterales 5,3 para columnas de esquinas
A limit is imposed on the value of
f 'c as:
Un límite se impone sobre el valor de f 'c
2.6.2.4 Determine Capacity Ratio Given the punching shear force and the fractions of moments transferred by eccentricity of shear about the two axes, the shear stress is computed assuming linear variation along the perimeter of the critical section. The ratio of the maximum shear stress and the concrete punching shear stress capacity is reported as the punching shear capacity ratio by SAFE. If this ratio exceeds 1.0, punching shear reinforcement is designed as described in the following section.
Traducido por mccloud_1 revisión 1 fecha 30/07/2010
≤
26Kgf / cm 2
f 'c como: (Covenin 1753 sección 11.2)
2.6.2.4 Determinación de la Relación de Capacidad Dada la fuerza de corte y punzonado de las fracciones de los momentos transferidos por excentricidad de corte sobre los dos ejes, el esfuerzo cortante se calcula suponiendo como una variación lineal a lo largo del perímetro de la sección crítica. La relación entre el esfuerzo cortante máximo y la capacidad del concreto al esfuerzo de punzonamiento es mostrada por SAFE como la relación entre la capacidad de punzonado. Si esta relación supera el 1,0, la armadura transversal por punzonado es diseñado como se describe en la sección siguiente.
4
2.6.3 Design Punching Shear Reinforcement
2.6.3 Diseño del Refuerzo por Punzonado
The use of shear studs as shear reinforcement in slabs is permitted, provided that the effective depth of the slab is greater than or equal to 6 inches, and not less than 16 times the shear reinforcement bar diameter (ACI 11.11.3). If the slab thickness does not meet these requirements, the punching shear reinforcement is not designed and the slab thickness should be increased by the user. The algorithm for designing the required punching shear reinforcement is used when the punching shear capacity ratio exceeds unity. The Critical Section for Punching Shear and Transfer of Unbalanced Moment as described in the earlier sections remain unchanged. The design of punching shear reinforcement is described in the subsections that follow.
El uso de pernos o conectores de corte como refuerzo de cortante en losas se permite, siempre que la profundidad efectiva de la losa sea mayor o igual a 6 pulgadas, y no menos de 16 veces el diámetro de barra de refuerzo a cortante (ACI 11.11.3). Si el espesor de la losa no cumple estos requisitos, el refuerzo por punzonamiento no es diseñado y el espesor de la losa debe ser aumentado por el usuario. El algoritmo para el diseño de la armadura necesaria por punzonamiento se utiliza cuando la relación de punzonamiento es superior a la unidad. La sección crítica de punzonamiento y transferencia de momentos no balanceados como se describe en las secciones anteriores permanecen sin cambios. El diseño de la armadura transversal por punzonado se describe en las subsecciones que siguen.
2.6.3.1 Determine Concrete Shear Capacity
2.6.3.1 Calculo de la Capacidad a Corte del Concreto
The concrete punching shear stress capacity of a section with punching shear reinforcement is limited to:
La capacidad del concreto al corte de una sección con armadura transversal por punzonado se limita a:
2.6.3.2 Determine Required Shear Reinforcement The shear force is limited to a maximum of:
Given Vu , Vc , and V max, the required shear reinforcement is calculated as follows, where, φ φ, the strength reduction factor, is 0.75 (ACI 9.3.2.3).
2.6.3.2 Calculo del Refuerzo Requerido por Corte La fuerza de corte se limita a un máximo de:
Dado V u, V c , y V max , el refuerzo por cortante requerido se calcula de la siguiente manera, donde φ φ, el factor de reducción de resistencia, es 0,75 (Covenin 1753 sección 9.4).
Aν
• •
If Vu > φV max, a failure condition is declared. (ACI 11.11.3.2) If Vu exceeds the maximum permitted value of the concrete section should be φV max, increased in size.
Traducido por mccloud_1 revisión 1 fecha 30/07/2010
=
(Vu − φ Vc ) s
• •
(Covenin 1753 sección 11.4.3 ecuación 11-10)
φ fy d
Si V u> ax , una condición de falla se declara. φV m φ (ACI 11.11.3.2) Si V u excede el valor máximo permitido de φ φV max , la sección de hormigón se debe aumentar de tamaño.
5
2.6.3.3 Determine Reinforcement Arrangement
2.6.3.3 Diseño del Arreglo del Refuerzo
Punching shear reinforcement in the vicinity of rectangular columns should be arranged on peripheral lines, i.e., lines running parallel to and at constant distances from the sides of the column. Figure 2-5 shows a typical arrangement of shear reinforcement in the vicinity of a rectangular interior, edge, and corner column.
El refuerzo por punzonado en las proximidades de columnas rectangulares deben disponerse en las líneas periféricas, es decir, líneas paralelas y a distancias constantes de los lados de la columna. La Figura 2-5 muestra una disposición típica de armadura a cortante en las proximidades de una columna rectangular interior, de borde y de esquina.
The distance between the column face and the first line of shear reinforcement shall not exceed d /2. The spacing between adjacent shear reinforcement in the first line (perimeter) of shear reinforcement shall not exceed 2 d measured in a direction parallel to the column face (ACI 11.11.3.3).
La distancia entre la cara de columna y la primera línea del refuerzo por cortante no excederá de d/2. El espacio entre las armaduras transversales adyacentes en la primera línea (perímetro) de la armadura transversal no será superior a 2d medido en una dirección paralela a la cara de la columna (ACI 11.11.3.3).
Punching shear reinforcement is most effective near column corners where there are concentrations of shear stress. Therefore, the minimum number of lines of shear reinforcement is 4, 6, and 8, for corner, edge, and interior columns respectively.
La armadura transversal por punzonado es más eficaz cerca de las esquinas de la columna donde hay concentraciones de esfuerzos por cortante. Por lo tanto, el número mínimo de líneas de la armadura a cortante es de 4, 6 y 8, pora las columnas de esquina, borde e interior respectivamente.
2.6.3.4 Determine Reinforcement Diameter, Height, and Spacing
2.6.3.4 Calculo del Diámetro del Refuerzo, Altura y Separación
The punching shear reinforcement is most effective when the anchorage is close to the top and bottom surfaces of the slab. The cover of anchors should not be less than the minimum cover specified in ACI 7.7 plus half of the diameter of the flexural reinforcement.
El refuerzo por punzonamiento es más eficaz cuando el anclaje está cerca de las superficies superior e inferior de la losa. El recubrimiento de los anclajes no debe ser menor que el mínimo recubrimiento especificado en ACI 7.7 más la mitad del diámetro del refuerzo a flexión.
Punching shear reinforcement in the form of shear studs is generally available in 3/8-, 1/2-, 5/8-, and 3/4-inch diameters.
La armadura transversal por punzonado en forma de pernos o conectores de corte generalmente se dispone en diámetros de 3/8, 1/2, 5/8, y 3/4 de pulgada.
When specifying shear studs, the distance, so , between the column face and the first peripheral line of shear studs should not be smaller than 0.5 d . The spacing between adjacent shear studs, g , at the first peripheral line of studs shall not exceed 2 d, and in the case of studs in a radial pattern, the angle between adjacent stud rails shall not exceed 60 degrees. The limits of so and the spacing, s , between the peripheral lines are specified as:
Al especificar los conectores de corte, la distancia s 0, entre la cara de columna y la primera línea periférica de los conectores de corte no debe ser menor que 0.5d. La separación entre conectores de corte adyacentes, g , en la primera línea periférica de conectores no será superior a 2d, y en el caso de los conectores en un patrón radial, el ángulo entre los conectores adyacentes montados no excederá de 60 grados. Los límites de s 0 y el espaciamiento, s , entre las líneas periféricas están especifican como:
Traducido por mccloud_1 revisión 1 fecha 30/07/2010
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Fuente: Section 2.6 Reinforced Concrete Design Manual. SAFE- v12.0.0 – Diciembre 2008
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